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美国20年才提升了10% 中国为什么能快

战略观察2019-08-21 09:238A+A-

歼-20虽然只在珠海飞行表演了短短的一分钟,但它依然是本届航展上最耀眼的明星,所以本期我们继续聊歼-20。在航展期间,空军司令马晓天告诉记者,他对歼-20的性能非常满意。几天后,央视在军事新闻里明白无误地向世人宣布:我国自主研制的四代机歼-20的各项指标均居世界领先水平。

是什么样的性能让马司令给出“非常满意”的评语,当然是国家的权威媒体所说的“各项指标均居世界领先水平”。在此“领先”一词尤为关键,这个结论不是轻易能下的。如果主要指标只是达到先进行列而没有明显超越,就只能定义为“先进水平”;如果有某项指标是排第一,就可以加上“某项指标居于世界领先水平”;只有整体达到一流水平,并在多项关键指标上达到第一,才能称作是“各项指标均居世界领先水平”。

歼-20作为四代战斗机,首先要求在空战性能上是超一流的,否则就谈不上是“领先”。衡量四代机的性能有许多专业的指标,但通俗的讲不外乎是指4S(5S)的水平高低,即隐形、超音速巡航、超机动(含超音速机动、超常规机动)、超级信息优势。在军方还未解密之前,我们只能将一些碎片化的资讯拼接,来探讨歼20的4S(5S)的水平。本文先谈前两个S-----隐身和超巡,下期再谈超机动性和超级信息优势。

对于歼-20的隐身性能,介绍的文章有很多,这里不再重复、只提几点。以前小白喜欢喷歼-20的鸭翼破坏隐身性能,有意思的是波音竞标美国六代概念机的最新方案,不是也加了鸭翼吗?难道是美国倒退了,或是歼-20在十年前就穿越时空,抄袭了现在美国六代机的方案呢?

先看下图的F-22,进气道口与机身所形成的间隙,就是个雷达信号强反射区。更不用说F-35那一身的沟沟坎坎,看似“肌肉男”,其实都是破坏隐身的地方。奇怪的是喷鸭翼的小白们,集体选择视而不见了。

再对照下图歼-20简洁流畅的机体外形,可以说隐身性能丝毫不比F-22差。我们再来看一份资料,它是去年底西安飞机设计研究所申请的专利。图片太小,这里将摘要中关键一句抄下来:在飞机进气道安装等离子发射器组件,等离子发射器组件所喷出的等离子云团,喷射至进气口上,等离子云团可以阻挡电磁波进入进气道,从而达到隐身效果。

上述的专利技术显然是西安所为轰-20研制的,那么它跟成飞的歼20有何关系呢?别急继续看下图左上,这是歼-20预研的一篇论文图,文章建议在歼20的一些关键部位,采用高压电弧空气离子化技术加强隐身性能,鸭翼附近区域就是其中一处。所以我们看到歼20的进气道壁上有两个六角形的装置,镜头分别从飞机的侧前、侧后拍摄时,前后六角形的颜色深浅是相反的,说明其表面栅栏隔的朝向前后是相反的,前面是进空气、后面是喷等离子云团(图右上)。

如果检索等离子发射器,会有很多研究论文,其中就有提及六角形的发射器组件,厚度有5、10、15cm不同规格。2014年中航工业科技大会上表彰的名单中,就有中航沈阳所的“等离子技术研究”;作为空军头号的杀手锏,歼20的研制是全中航工业大协作,即使成飞所没有这项技术,西安所和沈阳所也会提供支援,所以合乎逻辑的推理是,歼20安装了等离子发射器,隐身性能世界一流。

下图是中航空空导弹研究院为四代机研制的机翼导弹挂架论文,不仅要求挂架的外形要雷达隐身,还在挂架大梁壳体的前端安装等离子发射器,以增强雷达波的干扰作用。四代机的外挂架都有等离子发射器,歼-20的机体会不安装吗?所以我们有理由相信,在隐身性能方面,歼-20比F-22技高一筹。

别看老美一提四代机就强调隐身,好像一隐身就包打天下。如果是那样F-117干嘛要那么快退役?其实隐身性能只是四代机的必备条件,它不是真正比三代机技高一筹的关键。在强大的防空雷达网面前,去年F-22不也同样在东海裸奔嘛。

那最关键的是什么呢?是超音速巡航和超机动性能,而这两点又都与发动机的水平息息相关。美军故意强调F-22的隐身和F-35的超级信息优势,就是想把对手引向歧途,不重视高推重比发动机的研制。反之三代机弄个隐身外壳,配上先进航电,是否就可以抗衡F-22呢?保证被打得满地找牙。

前面说的是电磁信号的隐身性能,歼-20还有视觉的变色功能。看下面几幅歼-20在航展上表演的图,右下图是先飞走的那架,另三图是做了几个小半径机动后,垂直爬升的那架。图右上的发动机喷口未见火舌证明,即使是垂直爬升歼-20也没开加力。虽然两架飞机的颜色不同,但每架的机身和机翼都是相同颜色。歼-20在不同姿态下,由于太阳---->飞机各翼面--—>镜头三者所处的角度不同,翼面的颜色有显著差异,说明涂料有一定消除漫射的功能。在近距空战中并不完全是靠雷达发现目标,还要目视搜寻。当敌我两机距离较远时,就有可能是忽隐忽现,造成敌方飞行员发现困难,使其无法先占据攻击位置。

要具备超音速巡航,首先高升阻比的气动平台是基础。小白喜欢说“只要动力好,板砖也能飞”。其实那是老美在忽悠,谁信谁是傻子。真是那样还要风洞做什么,再说动力也不是想多大就有多大,如果不是提高推重比,仅增大推力,那么发动机又重又耗油,肯定飞不了超巡。同样重量的飞机要达到相同的速度,升阻比高就意味着需要克服的阻力小,拿个二代机的壳子装上F-119也无法超音速巡航。

关于歼-20优异的气动特性,在2001机首飞后就有很多文章解读,如果再深入一些,可以找宋文骢老先生那篇著名的论文,看后就有大致的了解。这里找了几幅近期公开的歼-20试飞图片,这些图多半不是卧草党拍的低空试飞图,而是在伴飞机的后座拍的,属于另类官泄,也可以认为是珠海展示的前奏,可以让外国的情报部门对歼-20的优异性能有个认识。航展的飞行表演是次要,威慑才是主要目的。从下图可以清晰看到歼-20在机动时,各翼面拉出的强劲涡流(弯弯说它是机翼漏气)。

涡流的自旋加上气流的速度,比流经机体下方的气流速度快,这就额外增加了升力。涡流的应用在三代机的增升设计中较为普遍,四代机更是做到极致,歼-20从机头菱角,进气道口前沿、鸭翼,小边条,到主翼前缘都能产生强涡流。而且设计巧妙,像接力一样,保证涡流能延续到机背而不过早破裂。如下图的2016号机的进气道外壁拱起,以及主翼前的小边条都起到这样的作用。加上升力体的机身设计(侧看像船体),所以歼-20机体设计的增升效果显著。高的升阻比为超音速巡航奠定了良好的基础。

有高升阻比的平台还得有强劲的推力才能超巡,推比十的发动机才是关键因素。同样是以升力体设计的苏27,机动时也常见到瀑布涡,没有人会说苏-27能超巡。歼-20如果没有装推比十的发动机,就无法超巡,更做不到超音速机动。试想4个S少了俩关键的S,空军的马司令能对一架隐形的三代机说满意?还如何能居世界领先水平?先进行列都排不进!

在尹卓将军定调歼-20装的是国发之后,毛发党又忽悠出“国产毛发”。它们也不想想,毛子要是有这样的发动机,或者说三姨夫、99m1能满足四代机的要求,俄罗斯何苦到现在T-50还在等推比十的发动机,而迟迟无法无法定型生产呢?如果弄个隐身的三代机就可以抗衡F-22,那还不赶紧生产跟三哥换钱?连三代机都不会造的印度都不受忽悠,我们国内竟有人信毛发党的鬼话。

本公众号之前已经不止一篇讲WS-15的文章,这里从另一个角度来谈。看下图,下方的发动机喷口与早期的歼-20是一样的,而它的加力后燃室的火焰稳定器,与左边是太行、右边的三姨夫都不相同。所以说,定型量产的歼20不可能是装太行。很多人以为WS-15一定是要在太行定型后才开始研制,于是掐指一算至少还有十年二十年。事实真的如此吗?

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真相是我国的三代发动机和四代发动机,是不同的研究团队并行研制的。推比十发动机的研制始于八十年代末,88年4月的论证会建议国家上马四代发动机,90年12月核心机研制正式立项。前段时间的一篇八股在介绍某型发动机研制团队时提到,2005年初推比十核心机点火成功时,“在场的研制人员为十五年来的艰辛付出,终于有了成果而欢呼”。90年底到05年初刚好是15年,正是核心机研制成功,才有2006年2月的“推重比10发动机立项综合论证报告评审会”(上图)。

核心机是发动机中技术最难的,因为这段的温度和转速最高,所需的材料和制造工艺也最难。有了先进的四代核心机,推比十的发动机研制征程就算是走过大半,后面是配上相应的低压压气机、风扇和低压涡轮,进行地面和空中试验。2011年WS-15整机提前交付(下图右),所以美国的航空周刊才会说,中国的航空发动机是“跳跃式发展”(下图左)。美国的三代发动机改进了20年才提升了10%,中国的发动机技术为什么能快速发展?

因为中国在单晶的研制领域几乎是跟西方同步。航材院88年研制出第一代单晶(DD3),97年研制出第二代单晶(DD6)(上图),大约在04年研制出三代单晶(DD9)并用在WS-15核心机上,美国的F-119用的正是第三代单晶。下图是第三代单晶制造的高压涡轮导向叶片(左)、第二代粉末高温合金涡轮盘(右)。能在航展上展出实物,就是向外表明我们不仅研制成功,而且可以批量生产。如果成品率不高,成本就没优势,就无法承接为客户代工的订单。

我们从验证机(2001)与原型机(2015)的不同,也能证实定型量产的歼-20已经装上四代发动机。央视在2011年底宣布歼20首飞用的是WS-10B发动机,下图2001机与2015机的对比图。由于预研扎实,歼-20的验证机机体与原型机只有细节的不同。曾有一幅图是2001和2011的侧视图对比,两机各个关键点的长度不变。假设腹部弹箱后缘到腹鳍基部前端的距离不变,下图经过换算,78/75=1.04,1.04X39=40.6。如果没有换发动机,2015机的黄线长本应该是40.6,而实际只有32.0。虽然两机拍摄的角度稍有差异,但也不应该差异如此之大,显然2015原型机的发动机长度变短了。由于太行发动机的高压压气机是9级,WS-15的是6级,少了三级自然长度就缩小。

上面我们通过公开的资料和图片,论证了歼-20优异的气动性能和安装了推比十的发动机,可以预测歼-20的超巡性能一点不比F-22弱。尹卓将军在央视的节目里说的关键是两句,一是歼-20装的是国发,二是歼-20如果装WS-15就可以超巡。虽然在主持人追问下,他又补充说目前还不是WS-15,那是因为以他的特殊身份如果说“是”,那等于在军方未公布之前提前泄密,正如他说中国可以跨越直接上电弹,而不会说下一艘航母是装电弹,是一个道理。

试想,如果歼-20进入小批量生产了还没有超巡能力,那就无法对抗F-22,马晓天司令也不可能说很满意。为什么超巡对于空战如此重要呢?一是可以快速迎敌,以1.3—1.5音速飞行,则比三代机快三分之一的时间接敌。二是可以给空空弹更高的初速,这样空空弹的有效射程就更远。因为无论是中距弹还是近距弹,燃烧完燃料之后速度就逐步降低,尤其是做机动动作,速度更是迅速下降,机动性能也大大减低。如果能赋予空空弹更高的初速,相同飞行距离的存速才会更高,敌机的不可逃逸距离就更大。否则F-22跟你在这个距离之外玩,你是被挨打而打不了它。

三是在与三代机空战中,由于具备更大的整机推重比,可以利用更快的速度追击敌机,或比敌机更快占据有利于攻击的位置。航展上歼20最后的垂直爬升,不但没开加力、爬升的速度也没有明显的下降,如果歼-20开加力,三代机在近距空战中将处处挨打,更不用说中距拦截,还没进入发射距离就要逃跑。

至于歼-20在空战中的超机动性和超级信息的优势,留待下篇再聊。

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